Un fréquencemètre programmable

Si vous connectez un fréquencemètre digital sur l’étage oscillateur d’un récepteur superhétérodyne, vous lirez une fréquence différente de celle d’accord, parce qu’à cette dernière, il faut soustraire ou additionner la valeur de la moyenne fréquence (MF). Le fréquencemètre programmable que nous vous proposons dans cet article est en mesure de soustraire ou d’additionner une valeur quelconque de MF à la valeur lue.

Figure 1 : Photo du fréquencemètre programmable 50 MHz prêt à rejoindre les étagères de votre laboratoire.

L’idée de ce projet est née de la nécessité de disposer d’un fréquencemètre, lequel, relié à l’étage oscillateur d’un récepteur superhétérodyne, puisse afficher la fréquence exacte, sur laquelle le récepteur est syntonisé.
En effet, si nous relions un fréquencemètre ordinaire sur l’étage oscillateur d’un récepteur équipé d’une MF à 455 kHz et que nous syntonisons ce récepteur sur la fréquence de 850 kHz, sur l’afficheur, nous lirons :

850 + 455 = 1 305 kHz

Ceci, parce que dans les récepteurs superhétérodynes, l’oscillateur à une fréquence différente de celle de réception.
Si sur le fréquencemètre, nous lisions 27 590 kHz, le récepteur se trouverait syntonisé sur :
27 590 – 455 = 27 135 kHz

Comme, dans le commerce, il n’existe pas de fréquencemètre qui permette de soustraire ou d’additionner une valeur de MF quelconque, que ce soit de 455 kHz, 470 kHz, 5,5 MHz, 9 MHz ou 10,7 MHz, nous avons pensé en étudier un.
Précisons immédiatement, que ce fréquencemètre, outre la fonction décrite ci-dessus, peut se programmer de manière à ce qu’il ne procède à aucune soustraction ou addition de la valeur de la MF. Ainsi, sur l’afficheur, on pourra lire la fréquence exacte appliquée sur son entrée.
Pour expliquer à des jeunes (ou à des moins jeunes !) qui étudient l’électronique comment fonctionne ce fréquencemètre, nous avons évité d’utiliser des microprocesseurs programmés et nous avons utilisé uniquement des circuits intégrés logiques classiques.

Figure 2 : Dans ce fréquencemètre, 6 afficheurs verts sont utilisés pour la lecture.

La fréquence
La valeur d’une fréquence, indique le nombre de périodes qui se répètent en une seconde.
Admettons devoir mesurer un signal analogique de type sinusoïdal. Le fréquencemètre mesure combien de sinusoïdes complètes se répètent en une seconde (voir figure 3).
Si au lieu de cela, nous devons mesurer un signal digital, le fréquencemètre mesure combien d’ondes carrées complètes se répètent, toujours durant une seconde (voir figure 4).
Ainsi, une fréquence de 10 hertz, indique que durant une seconde, se sont 10 ondes sinusoïdales ou carrées complètes qui se sont produites.
Une fréquence de 20 kilohertz indique qu’en une seconde, il y a 20 000 ondes sinusoïdales ou carrées complètes qui se sont produites.
Une fréquence de 50 mégahertz, indique qu’en une seconde, il y a 50 000 000 ondes sinusoïdales ou carrées qui se sont produites.
Les seules opérations que doit effectuer un fréquencemètre consistent à compter combien de périodes, dans notre cas, combien d’ondes sinusoïdales ou carrées, sont effectuées en une seconde, puis, indiquer ce nombre sur l’afficheur.
Si, en une seconde, nous mesurons une fréquence de 50 MHz, soit 50 000 000 Hz, le fréquencemètre comptera 50 000 000 d’impulsions et pour visualiser ce nombre, il faudra 8 afficheurs.
Les compteurs CMOS ne pouvant atteindre des fréquences aussi élevées, dans l’étage d’entrée, nous avons placé un circuit intégré 7490 qui divise la fréquence à mesurer par 10.
Donc, en une seconde, le fréquencemètre comptera 5 000 000 d’impulsions et pour visualiser ce nombre, il faudra 7 afficheurs.
Si nous effectuons cette mesure en 0,1 seconde, soit 100 millisecondes, la lecture sera plus rapide, parce que le fréquencemètre ne devra compter que 500 000 impulsions et pour visualiser ce nombre, il faudra seulement 6 afficheurs.
Dans ce mode, nous perdrons dans la lecture, les unités et les dizaines de hertz, mais, sur une fréquence de 50 MHz, ne pas connaître la valeur des deux derniers chiffres de droite est sans influence sur la précision.

Figure 3 : Un fréquencemètre compte combien de sinusoïdes se répètent en 1 seconde. S’il indique 4 Hz, cela signifie qu’il a compté 4 sinusoïdes complètes en 1 seconde, s’il indique 10 Hz, c’est qu’il a compté 10 sinusoïdes complètes en 1 seconde.

Figure 4 : Si le signal est digital, le fréquencemètre compte combien d’ondes carrées se répètent en 1 seconde. S’il indique 4 Hz, cela signifie qu’il a compté 4 ondes carrées et s’il indique 10 Hz, c’est qu’il a compté 10 ondes carrées complètes en 1 seconde.

La base de temps
Pour obtenir une base de temps de 100 millisecondes, nous avons utilisé un quartz de 3 276 800 Hz et quatre diviseurs référencés IC2, IC3, IC4, IC5-A.
Le circuit intégré IC2 est un CMOS de type 4060 et, comme cela est visible à la figure 5, à l’intérieur, nous avons 14 étages diviseurs par 2, plus un étage oscillateur qui est relié aux broches 10 et 11.
Comme la fréquence du quartz est prélevée sur la broche 13, divisée par 512, sur cette broche, nous retrouvons une fréquence de :
3 276 800 : 512 = 6 400 Hz

La fréquence de 6 400 Hz est appliquée sur la broche d’entrée 1 du second diviseur référencé IC3, un CMOS type 4024, composé de 7 étages diviseurs par 2 (voir figure 6) et prélevée à la broche 4, divisée par 64.
Sur cette broche, nous retrouvons donc une fréquence de :
6 400 : 64 = 100 Hz

Ces 100 Hz, sont appliqués sur la broche 14 du circuit intégré IC4, un diviseur par 10, toujours en CMOS, type 4017. Ainsi, sur sa broche de sortie 3, nous retrouvons une fréquence de :
100 : 10 = 10 Hz

Ces 10 Hz arrivent sur la broche 13 du quatrième circuit intégré, référencé IC5-A, un FLIP-FLOP JK, type 4027 qui procède à la division de cette fréquence par 2. Ainsi, de la broche de sortie 15, sort une fréquence de :
10 : 2 = 5 Hz

Cette fréquence nous permet d’obtenir un temps de 0,2 seconde, soit 200 millisecondes, comme nous pouvons le calculer grâce à la formule :
temps en secondes = 1 : Hz

1 : 5 = 0,2 seconde,
soit 200 millisecondes

Initialement, nous avons précisé que, comme base de temps, il nous fallait 100 millisecondes.
Si vous regardez la figure 7, vous noterez qu’une onde carrée de 200 millisecondes, avec un rapport cyclique de 50 %, demeure durant 100 millisecondes au niveau logique 1 et durant 100 millisecondes au niveau logique 0.
Cette onde carrée de 200 millisecondes va alimenter le transistor TR2 (voir figure 8) qui, comme nous le verrons, fait parvenir sur la broche 15 de IC2, un compteur 4029, les impulsions de la fréquence à mesurer appliquées sur sa base.
Pour effectuer un comptage des impulsions, tout en maintenant figée sur l’afficheur la valeur précédemment mesurée, il nous faut d’autres signaux, qui sont fabriqués en ayant recours à d’autres divisions.
La fréquence de 5 Hz, présente sur la broche de sortie 15 du FLIP-FLOP IC5-A est également appliquée sur la broche 3 du second FLIP-FLOP IC5-B, pour être ultérieurement divisée par 2 (voir figure 8).
Ainsi, sur sa broche de sortie 1, nous retrouvons une fréquence de :
5 : 2 = 2,5 Hz

qui nous permettent d’obtenir un temps de :
1 : 2,5 = 0,4 seconde,
soit 400 millisecondes

Les ondes carrées de 200 millisecondes et de 400 millisecondes en sortie des FLIP-FLOP IC5-A et IC5-B nous servent pour piloter les broches des compteurs et des décodeurs de manière à obtenir la mesure de la fréquence et sa visualisation sur l’afficheur.

Figure 5 : A l’intérieur d’un circuit CMOS 4060, nous trouvons un oscillateur et 14 étages diviseurs par 2. Si nous prélevons le signal sur la broche 13, la fréquence générée par le quartz, sort divisée par 512.

Figure 6 : A l’intérieur du circuit CMOS 4024, il y a 7 étages diviseurs par 2. Si on applique une fréquence de 6 400 Hz sur la broche d’entrée 1, sur la broche de sortie 4, on prélève une fréquence divisée par 64, donc, 100 hertz.

Figure 7 : Comme de la broche 15 du FLIP-FLOP IC5-A sort une onde carrée d’une fréquence de 5 hertz, un cycle complet se déroule en un temps de 200 millisecondes. Avec un rapport cyclique de 50 %, l’onde carrée demeure au niveau logique 1 durant 100 millisecondes et au niveau logique 0 durant les autres 100 millisecondes.

Figure 8 : Les ondes carrées de 5 Hz et de 2,5 Hz qui entrent dans la porte NOR IC6/A permettent d’obtenir en sortie de la porte NOR IC6/B, des niveaux logiques 1-0 (voir figures 9 et 10) qui vont piloter la broche LE de tous les décodeurs.

Comment s’effectue la lecture
L’onde carrée de 200 millisecondes (en sortie de la broche 15 du FLIP-FLOP IC5-A), alimente le collecteur du transistor TR2 et, de ce fait, c’est seulement lorsque l’onde carrée passe au niveau logique 1 (pour une durée de 100 millisecondes), que le transistor fait passer sur la broche d’entrée 15 (la broche CK (clock) du premier compteur IC12), les impulsions de la fréquence à mesurer appliquée sur la base.
L’onde carrée des 400 millisecondes en sortie du FLIP-FLOP IC5-B pilote toutes les broches 1 des compteurs IC12, IC11, IC10, IC9, IC8 et IC7.
Lorsque sur la broche 1 des compteurs, la broche PE (Preset Enable), arrive un niveau logique 0, pour une durée de 200 millisecondes, tous les compteurs sont habilités au comptage des impulsions présentes sur l’entrée du premier compteur, la broche 15 d’IC12.
Lorsque sur la broche 1 des compteurs, nous avons un niveau logique 1, aucune mesure n’est effectuée, car les sorties D, C, B et A passent sur les mêmes niveaux que ceux présents sur les broches d’entrée 3, 13, 12 et 4.
La valeur de la moyenne fréquence choisie par l’intermédiaire des dip-switchs, est alors chargée dans les compteurs.
Si les dip-switchs sont tous reliés à la masse, donc si tous les leviers sont sur OFF, la valeur chargée dans les compteurs est à 0.
L’onde carrée de 200 millisecondes en sortie de la broche 15 des FLIP-FLOP IC5-A, en plus d’alimenter le transistor TR2, est également appliquée sur la broche d’entrée 12 de la porte NOR IC6/A. Par ailleurs, l’onde carrée de 400 millisecondes en sortie de la broche 1 du FLIP-FLOP IC5-B, en plus de piloter les compteurs IC12 à IC7, est aussi appliquée sur la broche d’entrée 13 de la porte NOR IC6/A (voir figure 9).
La table de vérité de la porte NOR est la suivante :

Les broches d’entrée de la porte NOR IC6/A se trouvent toutes les deux au niveau logique 0 durant 300 millisecondes et, pour cela, sa sortie demeure au niveau logique 0 durant 300 millisecondes (voir figure 9).
Comme la porte NOR IC6/B est connectée à IC6/A en mode inverseur, sur la sortie 10, nous aurons un niveau logique 0 durant 100 millisecondes et un niveau logique 1 durant 300 millisecondes.
La sortie de cette porte NOR pilote les broches 5, les broches LE (Latch Enable) des décodeurs IC18 à IC13.
Ainsi, cette broche demeure au niveau logique 1 durant 300 millisecondes et au niveau logique 0 durant 100 millisecondes.
Lorsque sur cette broche, arrive un niveau logique 1, le nombre qui apparaît sur l’afficheur est figé indépendamment des niveaux logiques présents sur les entrées des décodeurs.
Lorsque sur cette broche, arrive un niveau logique 0, les décodeurs prélèvent le “nombre” présent sur les sorties des compteurs et l’affiche sur les 6 afficheurs.
Le “nombre” présent sur les sorties D, C, B et A des compteurs 4029 est, en pratique, un code binaire comme cela est reporté dans le tableau 1.

Figure 9 : La table de vérité d’une porte NOR, reportée sur la gauche, permet de comprendre quelles ondes carrées sortent des broches de sortie de la porte NOR IC6/A et de celles de la porte NOR IC6/B configurées comme inverseur. Lorsque les deux entrées 12 et 13 d’IC6/A sont au niveau logique 1-1 ou bien 1-0 ou 0-1, un niveau logique 0 est toujours sur la sortie. C’est seulement lorsque les deux entrées sont au niveau logique 0-0, que la sortie commute sur le niveau logique 1.

TABLEAU 1


Il suffit donc d’additionner le poids des broches qui se trouvent au niveau logique 1 pour connaître le nombre décimal qui apparaîtra sur l’afficheur.
A la figure 10, nous avons synthétisé en 3 séquences, les opérations effectuées par le fréquencemètre.
1ère séquence - Lorsque sur la broche PE, arrive un niveau logique 1, dans les compteurs, le poids binaire sélectionné avec les dip-switchs est chargé.
Lorsque sur la broche LE nous avons un niveau logique 1, le nombre présent sur les sorties des compteurs n’est pas transféré aux décodeurs.
2ème séquence - Passées 200 millisecondes, un niveau logique 0 arrive sur la broche PE. De cette façon, les compteurs sont habilités à compter les impulsions qui entrent par la broche CK du circuit intégré IC12.
Comme la lecture est faite en un temps de 100 millisecondes, sur les sorties D, C, B et A de tous les compteurs sera présente la valeur correspondant à la fréquence.
3ème séquence - Lorsqu’après 300 millisecondes, un niveau logique 0 arrive sur la broche LE, tous les décodeurs de IC18 à IC13, sont habilités à prélever le code binaire présent sur les sorties D, C, B et A des compteurs et à le transférer directement sur l’afficheur afin de le visualiser comme un nombre.
Après 100 millisecondes, un niveau logique 1 arrive sur la broche LE et le nombre affiché sur l’afficheur demeure figé jusqu’à la lecture suivante qui intervient après 400 millisecondes.
En conclusion, ce fréquencemètre effectue la lecture de la fréquence, qui se produit sur une base de temps de 100 millisecondes, chaque 400 millisecondes et ce, pour un total de 5 lectures toutes les secondes.

Figure 10 : Lorsque sur les broches PE et LE parvient un niveau logique 1 (phase 1), le “poids” binaire matérialisé sur les dip-switchs est chargé dans les compteurs. Lorsque sur la broche PE seulement, arrive un niveau logique 0 (phase 2), tous les compteurs sont habilités au comptage. Lorsque sur les deux broches PE et LE parvient un niveau logique 0 (phase 3), la valeur de la fréquence est transférée sur l’afficheur.

L’étage d’entrée
Comme les signaux qui sont normalement prélevés d’un oscillateur HF ou d’un quelconque autre étage de faible puissance, ont une amplitude de quelques dizaines de millivolts, nous devons nécessairement les amplifier et pour cela, nous utilisons l’étage composé du FET FT1 et du transistor TR1 (voir figure 11).
Les deux diodes DS1 et DS2 placées en opposition de polarité sur la GATE du transistor FT1, servent pour le protéger d’éventuelles surtensions.
Sur l’entrée de ce fréquencemètre nous pouvons appliquer des signaux alternatifs pouvant atteindre un maximum de 40 volts crête à crête, car les diodes connectées en opposition sur la broche GATE de TR1, les limitent à 1,4 volt crête à crête.
Pour piloter le premier circuit intégré diviseur par 10, référencé IC1, qui est un TTL du type 7490, il est nécessaire que sur son entrée (broche 14), le signal présent atteigne un maximum de 5 volts et pour cela, nous avons utilisé le transistor TR1, qui sert de tampon et qui limite donc la tension à 5 volts.
A ce point, certains se demanderont pourquoi nous avons utilisé comme premier diviseur, un circuit intégré TTL au lieu d’un CMOS.
Comme nous l’avons déjà dit, les circuit intégrés TTL, peuvent fonctionner jusqu’à un maximum de 50 MHz. Par contre, les circuits intégrés CMOS fonctionnent jusqu’à un maximum de 5 MHz.
Ainsi, si nous avions utilisé comme diviseur un circuit intégré CMOS, nous n’aurions pas pu mesurer des fréquences supérieures à 5 MHz. Par contre, en utilisant un TTL, nous pouvons mesurer des fréquences allant jusqu’à un maximum de 50 MHz.
Le transistor TR2, que nous trouvons connecté sur la sortie d’IC1, a été utilisé comme interface, pour convertir les niveaux logiques TTL sur les niveaux requis par le premier compteur CMOS référencé IC12.

Figure 11 : Schéma électrique complet du fréquencemètre programmable. Pour additionner ou soustraire la valeur de la moyenne fréquence, on utilise 6 dip-switchs référencés S1 à S6.

Liste des composants
R1 = 3,3 kΩ
R2 = 100 kΩ
R3 = 470 Ω
R4 = 220 Ω
R5 = 10 kΩ
R6 = 47 kΩ
R7 = 1 kΩ
R8 = 2,7 kΩ
R9 = 4,7 kΩ
R10 = 1 MΩ
R11 = 2,2 kΩ
R12 = 100 kΩ
R13 = 4,7 kΩ (réseau)
R14 = 4,7 kΩ (réseau)
R15 = 4,7 kΩ (réseau)
R16 = 470 Ω (réseau)
R17 = 470 Ω (réseau)
R18 = 470 Ω
R19 = 470 Ω (réseau)
R20 = 470 Ω (réseau)
R21 = 470 Ω (réseau)
R22 = 470 Ω
R23 = 470 Ω (réseau)
C1 = 10 nF polyester
C2 = 100 pF céramique
C3 = 100 nF polyester
C4 = 47 μF électrolytique
C5 = 10 nF polyester
C6 = 100 nF polyester
C7 = 1 nF polyester
C8 = 100 nF polyester
C9 = 3-40 pF ajustable
C10 = 33 pF céramique
C11 = 100 nF polyester
C12 = 100 nF polyester
C13 = 100 nF polyester
C14 = 100 nF polyester
C15 = 1 μF polyester
C16 = 1 nF polyester
C17 = 2,2 nF polyester
C18 = 100 nF polyester
C19 = 100 nF polyester
C20 = 100 nF polyester
C21 = 100 nF polyester
C22 = 100 nF polyester
C23 = 100 nF polyester
C24 = 47 μF électrolytique
C25 = 100 μF électrolytique
C26 = 100 nF polyester
C27 = 100 nF polyester
C28 = 100 μF électrolytique
C29 = 100 nF polyester
C30 = 100 nF polyester
C31 = 470 μF électrolytique
XTAL = Quartz 3,276 MHz
DS1 = Diode 1N4150
DS2 = Diode 1N4150
DS3 = Diode 1N4150
DS4 = Diode 1N4150
DS5 = Diode 1N4007
AFFICHEUR = Afficheur 7 seg. C 521 G
FT1 = Transistor FET J310
TR1 = Transistor NPN 2N914
TR2 = Transistor NPN 2N914
IC1 = Intégré TTL 74LS90
IC2 = Intégré CMOS 4060
IC3 = Intégré CMOS 4024
IC4 = Intégré CMOS 4017
IC5 = Intégré CMOS 4027
IC6 = Intégré CMOS 4001
IC7 = Intégré CMOS 4029
IC8 = Intégré CMOS 4029
IC9 = Intégré CMOS 4029
IC10 = Intégré CMOS 4029
IC11 = Intégré CMOS 4029
IC12 = Intégré CMOS 4029
IC13 = Intégré CMOS 4511
IC14 = Intégré CMOS 4511
IC15 = Intégré CMOS 4511
IC16 = Intégré CMOS 4511
IC17 = Intégré CMOS 4511
IC18 = Intégré CMOS 4511
IC19 = Régulateur L7805
IC20 = Régulateur L7808
S1-S6 = Dip-switch 4 micro-interrupteurs
CONN.1 = Connecteur 46 broches
Nota : Toutes les résistances de ce montage sont des 1/4 W à 5 %.


Figure 12 : Photo du circuit principal du fréquencemètre programmable.

Figure 13a : Photo du circuit des 6 afficheurs. Le connecteur mâle présent sur ce circuit imprimé sera inséré dans le connecteur femelle présent sur le circuit imprimé principal.

Figure 13b : Brochage de l’afficheur C521/G.

Additionner ou soustraire une valeur de MF
Comme nous l’avons déjà mentionné au début de cet article, ce fréquencemètre nous permet de soustraire ou d’additionner une valeur quelconque de MF.
Pour obtenir cette condition, nous avons utilisé le poids logique des broches 4, 12, 13 et 3 des circuits intégrés 4029 :
- la broche 4 a un poids de 1
- la broche 12 a un poids de 2
- la broche 13 a un poids de 4
- la broche 3 a un poids de 8

Connaissant le poids de chaque broche, pour obtenir un quelconque nombre de 0 à 9, il suffit de positionner sur ON, le levier des dip-switchs S1, S2, S3, S4, S5 et S6 comme cela est indiqué dans le tableau 2.

TABLEAU 2


Si vous voulez utiliser le fréquencemètre pour lire directement une fréquence, sans soustraire ou additionner une quelconque valeur de MF, vous devez laisser tous les leviers positionnés sur OFF (0).

Soustraction d’une valeur de MF de 455 kHz
Dans ce fréquencemètre, il y a 6 afficheurs (voir figure 11), lesquels, en partant de la gauche, indiquent :
                    afficheur 1 - les dizaines de MHz
afficheur 2 - les unités de MHz
afficheur 3 - les centaines de kHz
afficheur 4 - les dizaines de kHz
afficheur 5 - les unités de kHz
afficheur 6 - les centaines de Hz

Cela signifie que le nombre le plus grand que l’on peut visualiser est 99.9999 MHz, même si la fréquence maximale que notre fréquencemètre peut mesurer est de 50.0000 MHz.
Admettons donc, que l’oscillateur de notre récepteur fonctionne sur une fréquence de 455 kHz supérieure à celle d’accord. Pour lire la fréquence réellement reçue, nous devons avant tout soustraire la valeur de 455 kHz à la valeur maximale que l’on peut visualiser.
99,9999 – 00,4550 = 99,5449

Le nombre obtenu après cette soustraction, nous sert pour programmer les dip-switchs de manière à ce qu’on puisse lire la seule fréquence captée sur l’afficheur.
Le premier afficheur à gauche, celui des dizaines de MHz, est programmé sur le chiffre 9. Pour obtenir cette condition, les leviers 1 et 4 du dip-switch S1 sont positionnés sur ON (voir tableau 2).
Le deuxième afficheur, celui des unités de MHz, est également programmé sur le chiffre 9. Ainsi, les leviers 1 et 4 du dip-switch S2 sont positionnés sur ON.
Le troisième afficheur des centaines de kHz est programmé sur le chiffre 5 et, pour obtenir cette condition, nous déplaçons les leviers 1 et 3 du dip-switch S3 sur ON (voir tableau 2).
Le quatrième afficheur des dizaines de kHz est programmé sur le chiffre 4 et, pour obtenir cette condition, nous déplaçons le levier 3 du dip-switch S4 sur ON.
Le cinquième afficheur des unités de kHz, est lui aussi programmé sur le chiffre 4. Ainsi, le levier 3 du dip-switch S5, est positionné sur ON.
Le sixième afficheur des centaines de Hz, est programmé sur le chiffre 9 et pour obtenir cette condition, nous déplaçons les leviers 1 et 4 du dip-switch S6 sur ON.
A la figure 14, nous trouvons le dessin de la position de tous les leviers des dip-switchs, pour obtenir une lecture de fréquence à laquelle est soustraite la valeur de la MF de 455 kHz.

Figure 14 : Pour soustraire une valeur de MF de 455 kHz, vous devez disposer les leviers des dip-switchs comme indiqué sur ce dessin.

Note : une fois tous les dip-switchs programmés, rappelez-vous que si vous n’appliquez pas de signal à l’entrée du fréquencemètre, sur l’afficheur, apparaîtra le nombre 99.5449 et non pas 00.0000.

Soustraction d’une valeur de MF de 5,5 MHz
Pour soustraire une valeur de MF de 5,5 MHz, nous devons effectuer cette première opération :
99,9999 – 05,5000 = 94,4999

Le nombre donné par cette soustraction, nous sert pour programmer les dip-switchs de manière à ce que sur l’afficheur, on puisse lire la fréquence réellement captée.
Le premier afficheur à gauche, celui des dizaines de MHz, est programmé sur le chiffre 9. Pour obtenir cette condition, nous déplaçons les leviers 1 et 4 du dip-switch S1 sur ON (voir tableau 2).
Le deuxième afficheur, celui des unités de MHz, est programmé sur le chiffre 4 et pour obtenir cette condition, nous déplaçons le seul levier 3 du dip-switch S2 sur ON.
Le troisième afficheur des centaines de kHz, est programmé sur le chiffre 4. Ainsi, nous déplaçons le levier 3 du dip-switch S3 sur ON.
Tous les autres afficheurs sont programmés sur le chiffre 9. Ainsi, nous déplaçons sur ON, les leviers 1 et 4 des dip-switchs S4, S5 et S6.
La figure 15 donne le dessin de la position de tous les leviers des dip-switchs pour obtenir une lecture de fréquence de laquelle la valeur de la MF de 5,5 MHz a déjà été soustraite.

Figure 15 : Pour soustraire une valeur de MF de 5,5 MHz, vous devez disposer les leviers des dip-switchs comme indiqué sur ce dessin.

Note : Une fois les dip-switchs programmés, rappelez-vous, que si aucun signal n’est appliqué sur l’entrée du fréquencemètre, sur l’afficheur, apparaîtra le nombre 94.4999 et non 00.0000.

Addition d’une valeur de MF de 455 kHz
Admettons, que l’oscillateur de notre récepteur fonctionne sur une fréquence de 455 kHz inférieure à la fréquence d’accord, pour lire la fréquence captée, nous devons additionner la valeur de 455 kHz à la valeur minimale que l’on peut lire sur l’afficheur, donc, 00.0000.
00,0000 + 00,4550 = 00,4550

Le résultat de cette opération nous sert pour programmer les dip-switchs de manière à ce qu’on puisse lire la fréquence réellement captée sur l’afficheur.
Le premier afficheur à gauche, celui des dizaines de MHz, est programmé sur 0. Pour obtenir cette condition, tous les leviers du dip-switch S1 sont placés sur OFF (voir tableau 2).
Le deuxième afficheur, celui des unités de MHz, est programmé sur 0.
Pour obtenir cette condition, tous les leviers du dip-switch S2 sont placés sur OFF.
Le troisième afficheur, des centaines de kHz, est programmé sur 4. Pour obtenir cette condition, nous déplaçons le levier 3 du dip-switch S3 sur ON.
Le quatrième afficheur, des dizaines de kHz, est programmé sur le 5. Pour obtenir cette condition, nous déplaçons les leviers 1 et 3 du dip-switch S4 sur ON.
Le cinquième afficheur, des unités de kHz, est lui aussi programmé sur 5.
Ainsi, les leviers 1 et 3 du dip-switch S5 sont positionnés sur ON.
Le sixième afficheur des centaines de Hz, est programmé sur 0. Ainsi, tous les leviers du dip-switch S6, sont placés sur OFF.
A la figure 16, nous voyons le dessin de la position de tous les leviers des dip-switchs, positionnés pour obtenir une lecture de la fréquence, à laquelle est déjà additionnée la valeur de la MF de 455 kHz.

Figure 16 : Pour additionner une valeur de MF de 455 kHz, vous devez disposer les leviers des dip-switchs comme indiqué sur ce dessin.

Note : Une fois tous les dip-switchs programmés, rappelez-vous que si vous n’appliquez aucun signal sur l’entrée du fréquencemètre, sur l’afficheur apparaîtra le nombre 00.4550 et non pas 00.0000.

Addition d’une valeur de MF de 5,5 MHz
Pour additionner une valeur de MF de 5,5 MHz, il faut effectuer cette première opération.
00,0000 + 05,5000 = 05,5000

Le nombre déterminé par cette opération, nous sert pour programmer les dip-switchs de manière à ce que sur l’afficheur, on puisse lire la fréquence réellement captée.
Le premier afficheur à gauche, celui des dizaines de MHz, est programmé sur 0. Pour obtenir cette condition, tous les leviers du dip-switch S1 sont placés sur OFF.
Le deuxième afficheur, celui des unités de MHz, est programmé sur 5. Pour obtenir cette condition, nous déplaçons les leviers 1 et 3 de S2 sur ON.
Le troisième afficheur, des centaines de kHz, est programmé sur 5 et pour obtenir cette condition, nous déplaçons les leviers 1 et 3 du dip-switch S3 sur ON.
Tous les autres afficheurs sont programmés sur 0. Ainsi, tous les leviers des dip-switchs S4, S5 et S6 sont placés sur OFF.
A la figure 17, nous avons représenté le dessin de la position de tous les leviers des dip-switchs, positionnés pour obtenir une lecture de la fréquence à laquelle a déjà été additionnée la valeur de la MF de 5,5 MHz.

Figure 17 : Pour additionner une valeur de MF de 5,5 MHz, vous devez disposer les leviers des dip-switchs comme indiqué sur ce dessin.

Note : Une fois tous les dip-switchs programmés, rappelez-vous que si vous n’appliquez aucun signal sur l’entrée du fréquencemètre, sur l’afficheur apparaîtra le nombre 05.5000 et non pas 00.0000.

La réalisation pratique
Pour réaliser ce fréquencemètre, il faut disposer de deux circuits imprimés. Sur le premier, le plus grand, seront montés tous les composants visibles à la figure 22 et sur le deuxième, le plus petit, seront montés uniquement les afficheurs (voir figure 22 en bas).
Prenez le circuit imprimé principal et commencez le montage en insérant le connecteur femelle à 46 broches (voir CONN.1).
Comme il n’existe pas dans le commerce de connecteur de ce type, vous pouvez prendre deux connecteurs, lesquels, une fois soudés côte à côte, formeront un connecteur monobloc à 46 broches.
Après avoir soudé les 46 broches sur les pistes du circuit imprimé, vous pouvez insérer les supports destinés aux circuits intégrés.
A ce propos, nous vous rappelons qu’aux emplacements indiqués IC1, IC3 et IC6, seront mis en place les supports comportant 14 broches, par contre, les autres emplacements, seront occupés par les supports ayant 16 broches.
Lorsque vous aurez terminé toutes les soudures, nous vous conseillons de les contrôler une à une, au besoin, en utilisant une loupe.
Après les supports, vous pouvez insérer les trois réseaux de résistances R13, R14 et R15, en orientant le point de repère peint sur leur corps vers le bas de la platine (voir la figure 20).
Près du CONN.1, vous devez insérer également les autres réseaux résistifs ayant la forme d’un circuit intégré, marqués R16, R17, R19, R20, R21 et R23.
Poursuivez le montage par la mise en place des 6 dip-switchs marqués S1 à S6 en orientant le côté marqué des numéros 1-2-3-4 vers les circuits intégrés compteurs référencés de IC7 à IC12.
Toutes ces opérations terminées, insérez dans le circuit, toutes les résistances, puis les diodes au silicium ayant leur boîtier en verre en orientant le côté de leur corps marqué par une bague noire, comme cela est visible sur le schéma d’implantation des composants de la figure 22.
Seule la diode DS5 en boîtier plastique, placée près du bornier d’entrée des 12 volts, est connectée sur le circuit imprimé en orientant sa bague blanche, vers le circuit intégré IC20.
Après les diodes, vous pouvez insérer tous les condensateurs au polyester, les condensateurs céramiques C2 et C10, le condensateur ajustable C9 et près de ce dernier, en position horizontale, le quartz de 3,2768 MHz.
En dernier, insérez les condensateurs électrolytiques en respectant la polarité +/– de leurs pattes.
Maintenant, prenez le transistor FET J310 en boîtier plastique et insérez-le dans les trois trous en correspondance du marquage FT1 en orientant la partie plate de son boîtier vers la gauche.
Après cela, prenez les deux transistors en boîtier métallique 2N914 et placez en un, dans les trous pratiqués à l’emplacement marqués TR1, en orientant le petit ergot vers le transistor FT1.
Dans les trois autres trous marqués TR2, placez l’autre transistor en boîtier métallique en orientant son ergot détrompeur vers la droite, en direction du circuit intégré IC1.
Sous le bornier d’entrée des 12 volts, est placé le circuit intégré régulateur 7808 (voir IC20). Avant de le mettre en place, vous devez le fixer sur son radiateur.
Le second circuit intégré régulateur, un 7805 (voir IC19) est inséré à proximité du circuit intégré IC6, en orientant le côté métallique de son boîtier vers IC20.
Avant d’insérer les circuits intégrés IC19 et IC20 sur le circuit imprimé, contrôlez attentivement leur référence afin d’éviter d’insérer le régulateur de tension 7808 à la place du 7805.
Après avoir terminé toutes les opérations décrites ci-dessus, vous pouvez insérer les circuits intégrés dans les supports, en respectant le sens de leur repère de positionnement en forme de “U” vers le haut, à l’exclusion du seul circuit intégré IC1, dont le repère est tourné vers le bas (voir figure 22).
Comme toujours, nous vous conseillons de contrôler attentivement que toutes les broches des circuits intégrés soient bien introduites dans les clips du support.
En effet, si une seule broche se plie vers l’intérieur ou vers l’extérieur d’un support, l’appareil ne pourra pas fonctionner.
Pour compléter ce fréquencemètre, il ne vous reste plus qu’à équiper le circuit imprimé des afficheurs.
Pour cela, montez le connecteur mâle à 46 broches (voir CONN.1 à la figure 22).
Comme nous l’avons déjà dit, il n’existe pas de connecteur comportant 46 broches, donc, dans ce cas aussi, nous faisons appel à deux connecteurs mâles soudés côte à côte, pour former un connecteur monobloc.
Après avoir soudé les 46 broches sur les pistes en cuivre du circuit imprimé en faisant attention de ne pas faire de court-circuit, vous pouvez insérer les 6 afficheurs à sept segments de couleur verte.
Comme vous pouvez le voir à la figure 22, le point décimal est placé vers le bas, donc vers le CONN.1, de manière à ce qu’il soit du côté droit du chiffre.

Le montage dans le coffret
Pour ce fréquencemètre, nous avons choisi un coffret en plastique équipé d’un panneau frontal percé et sérigraphié, comportant une découpe pour les afficheurs, protégée par un film transparent.
Sur le fond de ce coffret, fixez, à l’aide de vis autotaraudeuses, le circuit imprimé principal (voir figure 24), ensuite, insérez, dans le connecteur femelle à 46 broches, le connecteur mâle présent sur le circuit imprimé des afficheurs.
Sur le panneau frontal du coffret, fixez le connecteur BNC.
Raccordez sa cosse de masse au picot de masse situé à proximité de la résistance R2 et sa sortie centrale au picot situé à proximité du condensateur C1.
Ce fréquencemètre doit être alimenté par une alimentation 12 volts externe.
Sur le panneau arrière, vous devez fixer deux douilles banane, une rouge pour le positif et une noire pour le négatif, en les isolant du panneau métallique avec leur rondelle en plastique pour ne pas créer de court-circuit (voir figure 23).
Comme vous pouvez le constater et si vous désirez rendre l’appareil totalement autonome, à l’intérieur du coffret, il y a de la place pour fixer une petite alimentation stabilisée capable de fournir 12 volts sous environ 1 ampère.

Figure 18 : Une fois le circuit imprimé des afficheurs inséré dans le connecteur du circuit principal, l’ensemble est placé dans un coffret plastique au moyen de quatre vis autotaraudeuses. Sur le panneau arrière, sont montées deux douilles banane destinées à recevoir la tension d’alimentation de 12 volts extérieure.

Le réglage
Après avoir placé tous les leviers des dip-switchs sur OFF, donc, vers le bas, vous pouvez injecter une fréquence connue sur la BNC, puis, vous devez tourner lentement le condensateur ajustable C9, jusqu’à ce que la fréquence exacte soit visible sur l’afficheur.
Si vous avez injecté une fréquence de 10 MHz, vous devez tourner ce condensateur ajustable de façon à faire apparaître le nombre 10.0000 sur les afficheurs.
Tenez compte que le premier chiffre de droite de tous les instruments digitaux peut osciller de 1 digit en +/–, ainsi, ne vous inquiétez pas si le nombre varie entre 10.0000 et 09.9999.

Figure 19 : Brochages de tous les circuits intégrés (à l’exclusion du 4060 et du 4024 reporté sur les figures 5 et 6) vus de dessus avec leur repère de positionnement en “U” tourné vers la gauche. Les brochages du FET J310 et du transistor 2N914 sont, par contre, vus de dessous.

Figure 20 : Toutes les résistances contenues dans les réseaux R13, R14 et R15 se rejoignent sur la broche 1 marquée par un point de repère.

Figure 21 : Les réseaux de résistances en forme de circuit intégré R16, R17, R19, R20, R21 et R23 peuvent êtres insérés dans le circuit imprimé sans se préoccuper de leur repère de positionnement. Néanmoins, pour ne pas perdre les bonnes habitudes, il est préférable de les placer dans le sens indiqué sur le schéma d’implantation de la figure 22.

Figure 22 : Schéma d’implantation des composants du fréquencemètre. En haut, le circuit principal, en bas, le circuit des afficheurs.

Figure 23 : Pour fixer les douilles destinées à l’alimentation 12 volts sur le panneau arrière, il faut d’abord pratiquer deux trous avec un foret de diamètre 5 mm. Avant d’insérer une douille, placez sa rondelle isolante côté intérieur du panneau.

Figure 24 : Dans l’espace libre du coffret, on pourrait installer une petite alimentation en 220 volts en mesure de fournir une tension de sortie stabilisée de 12 volts pouvant débiter au moins 1 A.

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